本發(fā)明屬于模擬集成電路，尤其涉及考慮動量項(xiàng)的lms算法的模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器成為了電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將時(shí)間和幅度連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的離散的數(shù)字信號，便于后續(xù)信息的處理、存儲和傳輸，實(shí)現(xiàn)低功耗、高速、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器成為了當(dāng)前設(shè)計(jì)的主要趨勢，比如電容式sar?adc。

3、上述電容式sar?adc的核心單元為數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，利用電荷分配原理實(shí)現(xiàn)電壓的二進(jìn)制搜索，但受限于工藝的影響，電容失配會使得sar?adc的精度下降。因此要采用特定的校準(zhǔn)方法對電容的失配進(jìn)行校準(zhǔn)，減小工藝對sar?adc精度的影響，數(shù)字校準(zhǔn)是現(xiàn)行校準(zhǔn)技術(shù)的主流。

4、數(shù)字校準(zhǔn)一般需要用到自適應(yīng)濾波算法，其中l(wèi)ms算法尤為常見。傳統(tǒng)用于校準(zhǔn)的算法的梯度下降方式大多采用不帶動量項(xiàng)的隨機(jī)梯度下降算法sgd。

5、例如，現(xiàn)有技術(shù)中申請?zhí)枮椤?02011342612?.0?”，專利名稱為：一種基于lms算法逐次逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)方法，在adc工作中通過lms算法對高、低兩組電容權(quán)重分別不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)到提高精度的目的。上述方案存在的問題是：采用了隨機(jī)梯度下降算法sgd進(jìn)行電容權(quán)重自適應(yīng)更新，使得電容權(quán)重?cái)?shù)值會在局部最優(yōu)值附近振蕩，拖慢了整體的收斂速度。

6、在另一現(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)枮?02110376296.7，公開了一種高精度逐次逼近性模數(shù)轉(zhuǎn)換器的后臺校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)，該算法通過lms迭代實(shí)現(xiàn)對電容權(quán)重的校準(zhǔn)，并根據(jù)采用的碼值計(jì)算公式確定最后所需要校準(zhǔn)的位數(shù)以實(shí)現(xiàn)對權(quán)重值的校準(zhǔn)。上述方案存在的問題是：需要加入重復(fù)的最低位電容（lsb），增加了每次模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中比較器的比較次數(shù)，使得adc系統(tǒng)的速度等其他性能指標(biāo)下降。

7、還有，專利cn114172513b，公開了一種逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器分段式校準(zhǔn)方法，在兩個(gè)獨(dú)立的n?位sar?adc電容陣列結(jié)構(gòu)中設(shè)置兩組不同的迭代步長和對應(yīng)的校準(zhǔn)模塊，再通過數(shù)字方法分段進(jìn)行后端處理。上述方案存在的問題是：設(shè)置不同的迭代步長以及增加的校準(zhǔn)模塊會使得其數(shù)字邏輯復(fù)雜度上升，硬件開銷增大。

8、由此可見，現(xiàn)有技術(shù)中，提高校準(zhǔn)效果的方法往往會增大硬件開銷或影響adc系統(tǒng)的速度等其他性能指標(biāo)，并且不帶動量項(xiàng)的隨機(jī)梯度下降算法（sgd），在校準(zhǔn)參數(shù)自適應(yīng)更新過程中，會產(chǎn)生校準(zhǔn)參數(shù)在局部最優(yōu)值附近反復(fù)振蕩、拖慢收斂速度甚至偏離最優(yōu)值的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了考慮動量項(xiàng)的lms算法的模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)方法，使用nag加速梯度下降算法（nesterov?accelerated?gradient)，通過在誤差信號和校準(zhǔn)參數(shù)更新中加入動量項(xiàng)，可以在收斂方向上加速校準(zhǔn)參數(shù)收斂并抑制振蕩，并且?guī)缀醪粫黾宇~外的硬件開銷，也不會影響adc系統(tǒng)的其他性能指標(biāo)。由于本發(fā)明只是改進(jìn)了lms算法校準(zhǔn)過程中的梯度下降方式，并不對模數(shù)轉(zhuǎn)換器原有的基本校準(zhǔn)原理做改動，所以本發(fā)明對于使用lms算法校準(zhǔn)的任何架構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器都適用。以下以電容式逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)為例，說明在考慮動量項(xiàng)的lms算法中校準(zhǔn)參數(shù)即電容權(quán)重的自適應(yīng)更新過程。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：

3、第一方面，公開了考慮動量項(xiàng)的lms算法的模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)方法，包括：

4、獲取待校準(zhǔn)的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出差值，并對其加入動量項(xiàng)后定義為誤差信號；

5、基于誤差信號輸出第一更新參數(shù)和第二更新參數(shù)，第一更新參數(shù)和第二更新參數(shù)分別用于更新第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器下一時(shí)刻的校準(zhǔn)參數(shù)動量項(xiàng)即電容權(quán)重動量項(xiàng)；

6、基于電容權(quán)重動量項(xiàng)輸出第一電容權(quán)重和第二電容權(quán)重，通過不斷地更新第一電容權(quán)重和第二電容權(quán)重，使待校準(zhǔn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)與理想性能指標(biāo)不斷接近，直至達(dá)到誤差允許的范圍為止。

7、其中，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出為第一數(shù)字碼值，第一數(shù)字碼值與當(dāng)前的電容權(quán)重相乘得到第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號；

8、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出為第二數(shù)字碼值，第二數(shù)字碼值與當(dāng)前的電容權(quán)重相乘得到第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號；

9、對第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號進(jìn)行加和之后，取其平均值作為最終的輸出。

10、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述誤差信號的計(jì)算公式如下：

11、δx(n)=da(n)(wa(n)-γwa_momentum(n-1))-db(n)(wb(n)-γwb_momentum(n-1))

12、其中，δx(n)為誤差信號，da(n)為第一數(shù)字碼值，db(n)為第二數(shù)字碼值，wa(n)為與第一數(shù)字碼值對應(yīng)的當(dāng)前電容權(quán)重，wb(n)與第二數(shù)字碼值對應(yīng)的當(dāng)前電容權(quán)重，γ為動量系數(shù)，wa_momentum(n-1)為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器上一時(shí)刻對應(yīng)的動量項(xiàng)，wb_momentum(n-1)為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器上一時(shí)刻對應(yīng)的動量項(xiàng)。

13、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，基于誤差信號輸出第一更新參數(shù)和第二更新參數(shù)，所述第一更新參數(shù)和第二更新參數(shù)分別是第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容誤差值，用于更新第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器下一時(shí)刻的動量項(xiàng)。

14、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容誤差值，具體為：

15、erra(n)=(1-μe)erra(n-1)+μe(r1tδx(n))

16、errb(n)=(1-μe)errb(n-1)+μe(r2tδx(n))

17、其中，erra和errb分別是第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容誤差值，μe為更新電容誤差的步長，常根據(jù)實(shí)際電容失配大小以及期望的校準(zhǔn)精度、收斂速度確定，δx(n)為誤差信號，erra(n)為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)前時(shí)刻的電容誤差值，errb(n)為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)前時(shí)刻的電容誤差值，erra(n-1)第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器上一時(shí)刻的電容誤差值，errb(n)為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器上一時(shí)刻的電容誤差值，r1、r2分別為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的第一數(shù)字碼值、和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的第二數(shù)字碼值組成的系數(shù)矩陣。

18、r1、r2具體為：

19、；

20、。

21、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述更新第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器下一時(shí)刻的校準(zhǔn)參數(shù)動量項(xiàng)即電容權(quán)重動量項(xiàng)，具體為：

22、wa_momentum(n)=γwa_momentum(n-1)+μwerra(n)

23、wb_momentum(n)=γwb_momentum(n-1)+μwerrb(n)

24、其中，wa_momentum(n)為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)前時(shí)刻對應(yīng)的動量項(xiàng)，wb_momentum(n)為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)前時(shí)刻對應(yīng)的動量項(xiàng)，wa_momentum(n-1)為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器上一時(shí)刻對應(yīng)的動量項(xiàng)，wb_momentum(n-1)為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器上一時(shí)刻對應(yīng)的動量項(xiàng)，γ為動量系數(shù)，erra(n)為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)前時(shí)刻的電容誤差值，errb(n)為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)前時(shí)刻的電容誤差值，μw為更新校準(zhǔn)參數(shù)的步長。

25、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，基于電容權(quán)重動量項(xiàng)輸出第一電容權(quán)重和第二電容權(quán)重，具體為：

26、wa(n)=wa(n-1)-wa_momentum(n)

27、wb(n)=wb(n-1)-wb_momentum(n)

28、其中，wa(n)為與第一數(shù)字碼值對應(yīng)的當(dāng)前電容權(quán)重，wb(n)與第二數(shù)字碼值對應(yīng)的當(dāng)前電容權(quán)重，wa(n-1)為與第一數(shù)字碼值對應(yīng)的上一時(shí)刻電容權(quán)重，wb(n-1)與第二數(shù)字碼值對應(yīng)的上一時(shí)刻電容權(quán)重，wa_momentum(n)為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)前時(shí)刻對應(yīng)的動量項(xiàng)，wb_momentum(n)為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)前時(shí)刻對應(yīng)的動量項(xiàng)。

29、第二方面，公開了考慮動量項(xiàng)的lms算法的模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)系統(tǒng)并以電容式逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)系統(tǒng)為例，包括：

30、lms自適應(yīng)濾波器、第一電容權(quán)重動量項(xiàng)存儲單元、第二電容權(quán)重動量項(xiàng)存儲單元及第一加法器；

31、所述lms自適應(yīng)濾波器的輸入端分別與所述的第一加法器的輸出端相連，所述lms自適應(yīng)濾波器的輸出端與所述的兩個(gè)用于存儲校準(zhǔn)參數(shù)動量項(xiàng)即電容權(quán)重動量項(xiàng)的第一電容權(quán)重動量項(xiàng)存儲單元、第二電容權(quán)重動量項(xiàng)存儲單元輸入端相連接；

32、對第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出差值加入動量項(xiàng)得到誤差信號，所述lms自適應(yīng)濾波器基于誤差信號，輸出第一更新參數(shù)和第二更新參數(shù)，分別作為第一電容權(quán)重動量項(xiàng)存儲單元、第二電容權(quán)重動量項(xiàng)存儲單元的輸入?yún)?shù)，用于更新下一時(shí)刻的校準(zhǔn)參數(shù)動量項(xiàng)即電容權(quán)重動量項(xiàng)，再基于電容權(quán)重動量項(xiàng)更新電容權(quán)重。通過不斷地更新校準(zhǔn)參數(shù)，使待校準(zhǔn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)與理想性能指標(biāo)不斷接近，直至達(dá)到誤差允許的范圍為止。

33、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，還包括第二加法器，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第二加法器的兩個(gè)輸入端，第二加法器對第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入進(jìn)行加和之后，取其平均值作為最終的輸出vout(n)。

34、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第一加法器的兩個(gè)輸入端，第一加法器對第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行相減操作之后得到第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出差值，在輸出差值中加入動量項(xiàng)后得到誤差信號δx(n)。

35、以上一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案存在以下有益效果：

36、本發(fā)明技術(shù)方案通過在lms算法校準(zhǔn)參數(shù)自適應(yīng)更新過程中加入動量項(xiàng)，并且使用nag加速梯度下降算法（nesterov?accelerated?gradient)，即在動量到達(dá)處計(jì)算下一次當(dāng)前更新的參數(shù)，而非在當(dāng)前位置計(jì)算更新參數(shù)，以此加速算法的收斂速度，從而對實(shí)際電路中存在的電容失配、寄生電容、溫度漂移、老化等非理想因素影響進(jìn)行有效校準(zhǔn)，提高電路的精度。

37、需要說明的是，本發(fā)明以電容式逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，但并不代表本發(fā)明的適用范圍僅限于電容式逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。由于本發(fā)明只是改進(jìn)了lms算法校準(zhǔn)過程中的梯度下降方式，并不對模數(shù)轉(zhuǎn)換器原有的基本校準(zhǔn)原理做改動，所以本發(fā)明對于使用lms算法校準(zhǔn)的任何架構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器都適用。

38、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。